——数学禅思之三
借π过节的风光,再说一点儿它引出的话题。
我们想起它说到它,总是想起圆,想它不过是圆的周长与直径之比。但学过高等数学的我们,似乎不应该只想到那一点。至少,我们该想到它是正弦函数的半个周期,因而可以通过简谐振动的方程来定义——这会儿它已经和那个看得见的圆没有多大关系了。三角函数的展开带来了无限多个有趣的关于π的级数,更不必说了(博文里写公式也麻烦)。
我们也该想起Euler公式:
这也许是所有数字关系里最奇妙的一个,自然的5个最基本的数字,竟然这样联系在一起了!人的思想了不起,大自然更奇妙。
我们还该想起Buffon针。法国博物学家布封(Comet de Buffon)在他著名的《自然史》(Histoire naturelle)补编第四卷附录中发表了“Essai d’arithetique morale”,提出了几何概率的新领域。他举了一个例子,在纸上画一组间隔为1的平行线,让一根均匀的长度为1/2的针随机落在上面,那么针落下来与平行线相交的概率为1/π!意大利人Lazzerini在1901年做过布丰针实验,他把针扔了3408次,得到π小数点后面的6位。
R. Chartres在1904年还报告了一个更有趣的事实:随机写下两个正整数,则它们互质的概率为6/π^2。
这些不同的例子,代表了π的不同意义,但其本质并未改变。π不论作为圆周率、虚指数或概率,都因为它是正弦函数的周期。
当然,它还出现在最基本的物理学中,如Planck常数,Hawking的黑洞熵,Einstein的引力场方程……
π出现在最简单的图形,最普通的实验, 最平常的生活,最基本的物理,我们可以用实验来计算它,却不能用来证明它是超越的。数学超越经验,π可以做“代言人”。